DE102022206628A1

DE102022206628A1 - Verfahren zum Betreiben einer Salpetersäure-Anlage und Salpetersäure-Anlage

Info

Publication number: DE102022206628A1
Application number: DE102022206628.6A
Authority: DE
Inventors: Dirk Ritter; Daniel Birke
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 2022-06-29
Filing date: 2022-06-29
Publication date: 2024-01-04
Also published as: WO2024003062A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Salpetersäure-Anlage (1), wobei mindestens ein Betriebspunkt in Abhängigkeit eines Prozessdrucks und eines Volumenstroms der Salpetersäure-Anlage angefahren wird, wobei mindestens ein Teil des Prozessdrucks über mindestens einen Abgasexpander (2) eingestellt wird, wobei mindestens ein Teil des Volumenstroms über mindestens einen Verdichter (3) eingestellt wird.Das Verfahren, bei dem das Anfahren im Vergleich zum Stand der Technik deutlich vereinfacht ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass für zulässige Betriebspunkte eine untere Grenze (4) in Abhängigkeit von Druck und Volumenstrom und eine obere Grenze (5) in Abhängigkeit von Druck und Volumenstrom festgelegt werden, und dass signalisiert wird, wenn bei der Einstellung des Drucks und/oder des Volumenstroms die untere Grenze (4) oder die obere Grenze (5) erreicht wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Salpetersäure-Anlage beziehungsweise zur Fahrt in ein Teillastgebiet, wobei mindestens ein Betriebspunkt in Abhängigkeit eines Prozessdrucks und eines Volumenstroms der Salpetersäure-Anlage angefahren wird, wobei mindestens ein Teil des Prozessdrucks über mindestens einen Abgasexpander eingestellt wird, wobei mindestens ein Teil des Volumenstroms über mindestens einen Verdichter eingestellt wird.
Daneben betrifft die Erfindung eine Salpetersäure-Anlage mit mindestens einem Verdichter und mit mindestens einem Abgasexpander.
Salpetersäure ist ein wichtiger Grundstoff der chemischen Industrie und dient beispielsweise als Grundlage zur Herstellung von Düngemittel, Explosivstoffen sowie zur Nitrierung von organischen Stoffen bei der Herstellung von Farbstoffen und Desinfektionsmitteln.
Seit Anfang des 20. Jahrhunderts wird Salpetersäure nach dem sogenannten Ostwaldverfahren hergestellt, auf dem bis heute die industrielle Herstellung im Großmaßstab beruht. Bei dieser Reaktion handelt es sich um eine katalytische Reaktion von Ammoniak. Das entstehende Stickstoffmonoxid reagiert zu Stickstoffdioxid, aus dem durch Reaktion mit Wasser Salpetersäure entsteht, die in Rieseltürmen abgetrennt werden kann.
Zur Herstellung von Salpetersäure wird allgemein zunächst Ammoniak NH3 mit Luft reaktiv umgesetzt und Stickoxid NO erzeugt, welches dann zu Stickstoffdioxid NO2 aufoxidiert wird. Anschließend wird das so gewonnene Stickstoffdioxid NO2 in Wasser absorbiert und es entsteht die Salpetersäure. Damit möglichst viel von dem gewonnenen Stickstoffdioxid NO2 von Wasser absorbiert wird, geschieht die Absorption in der Regel bei erhöhtem Druck, vorzugsweise bei Drücken zwischen 4 bis 14 bar. Der für die Umsetzung des als Rohstoff eingesetzten Ammoniaks benötigte Sauerstoff wird in der Regel in Form von Luftsauerstoff zugeführt. Zum Zwecke der Zuführung wird die Prozessluft in einem Kompressor, auch Verdichter genannt, verdichtet und auf einen Druck gebracht, der sowohl der Oxidationsreaktion wie auch der Absorptionsreaktion angepasst ist.
Üblicherweise wird die Energie zur Kompression der Luft einerseits mittels Entspannung des aus der Absorption austretenden Restgases in einem Restgasexpander, auch Restgasturbine genannt, auf Umgebungsdruck und andererseits durch die Verwertung der bei den Umsetzungen freigesetzten Wärme gewonnen. Die in verschiedenen Ausführungen errichteten Salpetersäureanlagen sind an die jeweiligen speziellen Anforderungen ihres jeweiligen Standortes angepasst.
Dabei kann die Herstellung von Salpetersäure im Eindruck- oder im Zweidruckverfahren erfolgen. Im Eindruckverfahren wird sowohl die Verbrennung als auch die Absorption bei Mitteldruck (< 8 bar) oder Hochdruck (> 8 bar) durchgeführt.
Eindruckverfahren kommen insbesondere dann zum Einsatz, wenn die geforderte Tagesproduktion gering ist. In diesen Fällen wird die Salpetersäure-Anlage vorzugsweise nach dem Mono Hochdruck-Verfahren oder nach dem Mono Mitteldruck-Verfahren betrieben. Beim Mono Hochdruck-Verfahren erfolgen die Verbrennung des Ammoniaks und die Absorption der Stickstoffoxide bei etwa gleichem Druck von > 8 bar. Der Vorteil des Mono Hochdruck-Verfahrens liegt darin, dass eine kompakte Bauweise gewährleistet wird.
Beim Mono Mitteldruck-Verfahren erfolgen die Verbrennung des Ammoniaks und die Absorption der Stickstoffoxide bei etwa gleichem Druck von < 8 bar. Der Vorteil des Mono Mitteldruck-Verfahrens liegt darin, dass eine optimale Verbrennungsausbeute gewährleistet wird.
Sind hingegen große Nenn-Kapazitäten und/oder höhere Säurekonzentrationen gefordert, so stellt eine nach dem Zweidruckverfahren ausgeführte Salpetersäure-Anlage die wirtschaftlichere Lösung dar. Beim Zweidruckverfahren geschieht die Verbrennung des eingesetzten Ammoniaks bei einem ersten Druck, nämlich bei einem - verglichen mit dem Absorptionsdruck - niedrigerem Druck. Die bei der Verbrennung gebildeten nitrosen Gase, auch Nitrosegas genannt, werden allgemein nach der Kühlung mittels Nitrosegasverdichtung auf den zweiten Druck, den Absorptionsdruck gebracht. Der Vorteil des Zweidruck-Verfahrens liegt darin, dass die Druckstufen den jeweiligen Reaktionen angepasst sind und somit sowohl eine optimale Verbrennungsausbeute als auch eine kompakte Absorption gewährleistet wird.
Allgemein umfassen die Anlagen zur Durchführung der vorstehend diskutierten Verfahren mindestens einen Luftverdichter sowie mindestens eine Expansionsturbine für das Restgas (auch „Restgasturbine“ oder „Abgasexpander“ genannt).
Im Gegensatz zum stationären Betrieb arbeiten beim An- und Abfahrprozess von Salpetersäure-Anlagen die vorhandenen Aggregate nicht unter Normalbedingungen und erfordern häufig eine zusätzliche Regelung.
Beim Anfahren aus dem abgeschalteten/kalten Zustand wird in der Regel zunächst die Salpetersäure-Anlage unter dem Import von Fremdenergie (z. B. Fremddampf oder Strom) mit Luft gefüllt („Luftbetrieb“). Erste Emissionen von NOx entstehen, sobald der Absorptionsturm während des Anfahrprozesses mit Salpetersäure aus einem Vorlagebehälter gefüllt wird und die in der Säure enthaltenen Stickoxide durch die Luft ausgeblasen werden, wobei in heutigen Anlagen das während des Füllvorgangs entstehende NOx emittiert wird. Mit dem Beenden des Füllvorgangs erlischt dann auch zunächst die NOx-Emission bis die NH3-Oxidation der Salpetersäureanlage gestartet („gezündet“) wird. Nach dem Zünden steigen Temperatur und NOx-Konzentration in der Anlage stetig auf den stationären Betriebswert und die einzelnen Anlagenteile können ab einem bestimmten Zeitpunkt planmäßig betrieben werden.
Beim Anfahren wird unter anderem der sogenannte „Maschinenstrang“, also die für den Betrieb der Salpetersäure-Anlage nötigen Verdichter und Abgasexpander/Turbinen, in Betrieb genommen. Dabei handelt es sich um ein empfindliches System, bei dem Änderungen der Einstellungen an einem Verdichter ebenso Einfluss auf das gesamte System haben, wie entsprechende Einstellungen an einem Abgasexpander/einer Turbine. Das Anfahren der Salpetersäure-Anlage erfordert daher eine permanente und feinfühlige manuelle Nachjustierung der Einstellungen der einzelnen Teile des Maschinenstrangs.
Die Schwierigkeit besteht darin, einen Betriebspunkt über die Verdichter und Abgasexpander/Turbinen so anzufahren, dass keine Bereiche angefahren werden, die zu einer Störung des Produktionsprozesses oder einem Trip (Sicherheitsabschaltung) des Maschinenstrangs und damit zum Stopp der Salpetersäure-Produktion führen. Gleiches gilt für die Fahrt vom Normal- oder Vollastbetrieb in den Teillastbetrieb. Auch hier gilt es, keine Bereiche anzufahren, die den Produktionsprozess stören könnten oder gar einen MaschinenTrip auszulösen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Anfahren sowie zur Fahrt ins Teillastgebiet einer Salpetersäure-Anlage sowie eine Salpetersäure-Anlage anzugeben, bei denen das Anfahren und Einstellen der Teillastbetriebspunkte im Vergleich zum Stand der Technik vereinfacht wird.
Diese Aufgabe ist zunächst durch den Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass für zulässige Betriebspunkte eine untere Grenze in Abhängigkeit einer ersten druckabhängigen Prozessgröße und einer zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße und eine obere Grenze in Abhängigkeit der ersten druckabhängigen Prozessgröße und der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße festgelegt werden, und dass signalisiert wird, wenn bei der Einstellung der ersten Prozessgröße und/oder der zweiten Prozessgröße die untere Grenze oder die obere Grenze erreicht wird.
Bei der ersten druckabhängigen Prozessgröße kann es sich beispielsweise um einen Druck, ein Druckverhältnis, eine Förderhöhe oder ähnliche druckabhängige Größen handeln Entsprechend kann es sich bei der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße um einen Förderstrom, einen Massenstrom, einen Volumenstrom, ein Messblenden- oder Mengenstrom-Signal oder eine ähnliche durchflussabhängige Größe handeln.
Unter der unteren Grenze werden Punkte verstanden, bei denen der Druck und/oder der Volumenstrom zu geringe Werte aufweisen. Unter der oberen Grenze werden entsprechend Punkte verstanden, bei denen der Druck und/oder der Volumenstrom bzw. der Massenstrom zu hohe Werte aufweisen. Als Kenngrößen können dabei der Enddruck bzw. die polytrope Förderhöhe genutzt werden. Die untere und obere Grenze sind folglich analog zu Kennlinien anzusehen. Bei Verdichterkennlinien wird beispielsweise das Verhältnis zwischen der Förderhöhe und dem entsprechenden Volumenstrom bzw. Förderstrom grafisch in einem Koordinatensystem dargestellt. Auf der x-Achse kann der Volumenstrom aufgetragen werden. Denkbar ist auch die Darstellung eines Flow-Signals, eines Massenstroms, einer dimensionslosen Durchflusszahl, eines Delta P-Signals über ein Mengenmessorgan oder ähnlicher geeigneter Größen. Die y-Achse kann die Förderhöhe abbilden. Denkbar ist aber auch die Darstellung eines Drucks, eines Druckverhältnisses, einer Druckänderungsarbeit, einer dimensionslosen Druckzahl oder ähnlicher geeigneter Größen. Durch die untere und die obere Grenze wird ein Kennfeld definiert, in dem sich die zulässigen Betriebspunkte der Salpetersäure-Anlage befinden.
Der Maschinensatz der erfindungsgemäßen Salpetersäureanlage umfasst mindestens einen Verdichter und mindestens einen Abgasexpander. Bei dem mindestens einen Verdichter handelt es sich um einen Luftverdichter.. Zusätzlich kann der Maschinensatz auch mindestens einen weiteren Verdichter (NOx-Kompressor) und eine weitere Antriebsmaschine, beispielsweise in Form einer Antriebs-Dampf-Turbine oder Antriebs-Gasturbine oder eines Elektromotors aufweisen. Die weitere Antriebsmaschine dient dazu, die restliche benötigte Energie für den Betrieb des Maschinensatzes bereitzustellen.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass einem Operator eine Art „Einpark-Assistent“, analog zum Fahren eines Autos, bereitgestellt wird. Die Annäherung an die untere oder obere Grenze kann dem Operator akustisch und/oder visuell oder auf eine andere geeignete Art signalisiert werden. Zusätzlich kann die Annäherung an eine der Grenzen signalisiert werden. Die Signale können eindeutiger bzw. energischer ausfallen, je näher der aktuelle Betriebspunkt an die obere oder untere Grenze gebracht wird. Dafür kann ein Bereich vorgesehen sein, ab dem eine erste Signalisierung ausgegeben wird, bevor die untere oder obere Grenze erreicht wird.
Für die Umrechnung der erforderlichen Kennfeldgrößen werden Volumenstrom-, Druck- und Temperatursignale benötigt, die beispielsweise von einem Maschinenleitsystem verarbeitet werden können. Diese können mittels geeigneter Sensordaten erfasst werden.
Für den Betrieb des vorgenannten Zweidruckverfahrens ist bei einer ersten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass mit einem zweiten Verdichter in einem Teil des Prozesses der Salpetersäure-Anlage ein zweites Druckniveau eingestellt wird. Entsprechend gehört auch der zweite Verdichter zum Maschinenstrang und muss beim Anfahren der Salpetersäure-Anlage berücksichtigt werden. Bei dem zweiten Verdichter kann es sich um einen Verdichter zum Verdichten von Stickoxid NO handeln.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Einstellung der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße über den mindestens einen Verdichter über Regelorgane eingestellt wird. Die Regelorgane können in Form eines verstellbaren Leitgitters und/oder einer Drosselklappe ausgebildet sein. Denkbare weitere Ausgestaltungen der Regelorgane können auch verstellbare Regelventile oder ähnliche geeignete Regelorgane sein, die das Regeln eines Volumenstroms ermöglichen. Denkbar wären beispielsweise auch Regelorgane zur Verstellung der Drehzahl des Verdichters. Durch Öffnen der Regelorgane steigt der Volumenstrom bzw. der Massenstrom. Durch Schließen der Regelorgane nimmt dieser ab.
Entsprechend ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße über den mindestens einen Abgasexpander über Regelorgane eingestellt wird. Die Regelorgane können in Form eines verstellbaren Leitgitters und/oder einer Drosselklappe ausgebildet sein. Denkbare weitere Ausgestaltungen der Regelorgane können auch verstellbare Regelventile oder ähnliche geeignete Regelorgane sein, die das Regeln eines Druckes ermöglichen. Der Prozessdruck wird über eine eintrittsseitige Drosselklappe und/oder über verstellbare Leitgitter vor oder in dem Abgasexpander eingeregelt. Ein Öffnen senkt den Prozessdruck und damit auch den Austrittsdruck aus dem NO- und dem Luftverdichter, während das Schließen diese erhöht. Denkbare weitere Ausgestaltungen der Regelorgane können auch verstellbare Regelventile oder ähnliche geeignete Regelorgane sein, die das Regeln eines Volumenstroms ermöglichen. Denkbar wären beispielsweise auch Regelorgane zur Verstellung der Drehzahl des Abgasexpanders.
Weiterhin ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass die zweite durchflussabhängige Prozessgröße teilweise über die Drehzahl des mindestens einen Verdichters eingestellt wird. Der Volumenstrom bzw. der Massenstrom steigt, wenn die Drehzahl des Verdichters erhöht wird und sinkt bei entsprechend verringerter Drehzahl.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Warnung ausgegeben wird, wenn bei der Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße und/oder der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße die untere Grenze oder die obere Grenze erreicht wird. Durch die Warnung wird dem Operator eindeutig signalisiert, dass Handlungsbedarf besteht, bevor die Maschine in Bereiche gefahren wird, in denen kein Betrieb der Salpetersäure-Anlage mehr möglich ist und die Produktion unterbrochen werden muss. Auf diese Weise kann der Operator entsprechende Teile des Maschinenstrangs in die entgegengesetzte Richtung regeln.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist weiter vorgesehen, dass die Einstellbarkeit des mindestens einen Verdichters und/oder des mindestens einen Abgasexpanders blockiert werden, wenn bei der Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße und/oder der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße eine zuvor definierte untere Annäherungsgrenze an die untere Grenze oder eine zuvor definierte obere Annäherungsgrenze an die obere Grenze erreicht wird.
Da das System des Maschinenstrangs bei der Einregelung sehr träge reagiert, ist es sinnvoll eine Annäherungsgrenze zu definieren, bei deren Erreichen die Regelmöglichkeit blockiert wird, da das System zum Überschwingen neigt. Durch die Annäherungsgrenze wird ab der Blockade dann vielleicht noch die untere oder obere Grenze erreicht, diese wird aber nicht überschritten, sodass keine Gefahr besteht, dass die Salpetersäure-Anlage in einen Bereich gefahren wird, in dem ein sicherer Betrieb nicht mehr möglich ist.
Auf diese Weise kann eine Regelung durch den Operator in die falsche Richtung verhindert werden. Dieser Mechanismus ist vergleichbar mit einem automatischen Bremssystem in einem Kraftfahrzeug, wenn das Fahrzeug zu nah an ein Hindernis herangefahren wird.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Anfahren stufenweise automatisiert durchgeführt wird. Das bedeutet, dass das Anfahren zwar vollautomatisiert von einer Maschinensteuerung durchgeführt wird, das stufenweise Anfahren ist notwendig, da eine Verstellung der oben genannten Regelorgane, also Drosselklappe, verstellbare Leitgitter oder die Änderung der Drehzahl, schnell zu einem Überschwingen der unteren und/oder oberen Grenze, aufgrund des trägen Prozesses, führen kann. Daher wird die Verstellung der Regelorgane kleinschrittig bzw. schrittweise durchgeführt. Die Steuerung übernimmt stufenweise und kontrolliert die Ansteuerung der Regelorgane.
Um das Anfahrverhalten und Teillastfahrverhalten weiter zu verbessern ist bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass eine Annäherungsgeschwindigkeit an die untere Grenze und/oder die obere Grenze überwacht wird.
Weiter ist bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass beim Überschreiten einer zuvor festgelegten ersten Annäherungsgeschwindigkeit die Einstellbarkeit des mindestens einen Verdichters und/oder des mindestens einen Abgasexpanders blockiert wird. Ähnlich wie bei einer Blockade der Einstellmöglichkeit beim Erreichen der unteren oder oberen Grenze, ist auch das Erreichen einer bestimmten Annäherungsgeschwindigkeit potentiell schädlich für die Salpetersäure-Anlage, da bei einer zu hohen Annäherungsgeschwindigkeit nicht mehr davon ausgegangen werden kann, dass das System nicht über die untere und/oder die obere Grenze überschwingt.
Darüber hinaus kann bei einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass beim Überschreiten einer zuvor festgelegten zweiten Annäherungsgeschwindigkeit der mindestens eine Verdichter und/oder der mindestens eine Abgasexpander in die zur unteren Grenze oder oberen Grenze entgegensetzte Richtung geregelt wird. Sollte die Annäherungsgeschwindigkeit so groß sein, dass ein Überschwingen über die untere und/oder die obere Grenze nicht mehr zu verhindern ist, wenn keine Handlung erfolgt, dann wird aktiv in die entgegengesetzte Richtung geregelt. Das Maß der Regelung kann dabei abhängig von dem Wert der Annäherungsgeschwindigkeit sein.
Die vorgenannte Aufgabe wird außerdem gelöst von einer Salpetersäure-Anlage mit mindestens einem Verdichter und mit mindestens einem Abgasexpander, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Salpetersäure-Anlage ein erfindungsgemäßes Verfahren durchführbar ist.
Alle vorherigen Ausführungen betreffend das Verfahren gelten entsprechend auch für die Salpetersäure-Anlage.
Im Einzelnen gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Anlage auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche, als auch auf die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Salpetersäure-Anlage,
2 eine schematische Darstellung des Teillastfahrbetriebs einer Salpetersäure-Anlage mit einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens und
3 eine schematische Darstellung einer Controller Logik für das automatische Anfahren und Teillastfahrtbetriebes der Salpetersäure-Anlage.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Salpetersäure-Anlage 1 mit einem Abgasexpander 2 und mit einem Verdichter 3 in Form eines Luftverdichters. Verdichter und Abgasexpander sind zu einem Maschinenstrang zusammengefasst. Um beim Anfahren der Salpetersäure-Anlage 1 den richtigen Betriebspunkt einzustellen, sind Grenzen, nämlich eine untere Grenze 4 und eine obere Grenze 5 festgelegt, die in 2 näher erläutert werden. Die in 1 dargestellte Salpetersäure-Anlage wird nach dem Zweidruckverfahren betrieben. Daher ist ein zweiter Verdichter 6 vorgesehen, der dazu genutzt wird, um Stickoxid NO auf ein zweites Druckniveau zu verdichten. Die Verdichter 3, 6 und der Abgasexpander 2 können über Regelorgane 7 geregelt werden.
Generell wird bei der in 1 dargestellten Salpetersäure-Anlage 1 zunächst Ammoniak NH3 mit durch den Verdichter 3 verdichteter Luft reaktiv im Reaktor 8 umgesetzt. Dabei wird Stickoxid NO erzeugt, welches zu Stickstoffdioxid NO2 aufoxidiert und durch den zweiten Verdichter 6 auf ein zweites Druckniveau gebracht wird. Anschließend wird das so gewonnene Stickstoffdioxid NO2 in einem Absorber 9 mit Wasser absorbiert und es entsteht die Salpetersäure. Das anfallende Restgas wird über den Abgasexpander 2 entspannt. Verdichter 3, 6 und Abgasexpander 2 werden unter anderem über verstellbare Leitgitter 10 als Regelorgane geregelt.
2 zeigt schematisch das Anfahren der Salpetersäure-Anlage 1 in einem Diagramm. Auf der x-Achse ist der Volumenstrom aufgetragen. Die y-Achse bildet den Enddruck hinter dem Verdichter 3 (beim Eindruckverfahren) oder dem Verdichter 6 (beim Zweidruckverfahren) ab. Das Anfahren wird in diesem Ausführungsbeispiel automatisiert und kleinschrittig durchgeführt. Das allmähliche Schließen des verstellbaren Leitgitters 10 an dem Abgasexpander 2 führt zu einer Erhöhung des Kompressionsverhältnisses. Der Betriebspunkt bewegt sich von Punkt 100 nach links, auf eine erste Arbeitslinie in Form der oberen Grenze 5 zu Punkt 200. Nach Verlassen des Punktes wird durch eine nicht dargestellte Kontrolleinrichtung das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 blockiert und das verstellbare Leitgitter des Verdichters 3 wird allmählich geöffnet, um den Fluss zu erhöhen. Der Betriebspunkt bewegt sich nach rechts, bis eine zweite Arbeitslinie, die untere Grenze 4, in Punkt 300 erreicht wird. An dieser Stelle wird das verstellbare Leitgitter des Verdichters 3 durch die Kontrolleinrichtung blockiert und das verstellbare Leitgitter des Abgasexpanders 2 wird weiter geschlossen, bis die obere Grenze 5 wieder in Punkt 400 erreicht wird.
Diese Sequenz wird weiter fortgesetzt, bis der Sollwert eines Teillastpunktes 500 („Teillastbetriebswert“) oder der Sollwertdruck des Normal- / Volllastpunktes in Punkt 600 erreicht ist. Der Verdichter 3 hat in Punkt 600 eine Sollbetriebswert-Linie erreicht. Diese Sequenz kann auch rückwärts betrieben werden, um Teillastbetriebspunkte, z.B. den Teillastpunkt 500 bei kleineren Mengen und gegebenenfalls niedrigeren Prozessdrücken gefahrlos anzusteuern. Während eines manuell betreibbaren Modus können die verstellbaren Leitgitter 10 der Verdichter 3, 6 und des Abgasexpanders 2 manuell bedient werden. Die Kontrolleinrichtung ist aber weiterhin aktiv und hat Vorrang vor manuell eingestellten Betriebspunkten.
Ab Erreichen des Normal- / Volllastpunktes 600 folgt der Verdichter 3 zum Erreichen des Überlastpunktes 700 der Salpetersäure-Anlage 1 nur noch einer horizontalen „Sollbetriebswert-Linie“ durch weiteres Öffnen des Leitgitters der Verdichters 3. Das System wird ab diesem Punkt nicht mehr durch die Grenzen 4 und 5 eingegrenzt. Das Vorleitgitter des Abgasexpanders 2 wird auch nicht verstellt.
Bei einem manuellen Betrieb des Anfahrens der Salpetersäure-Anlage 1 sind Blockaden vorgesehen, die dem Operator verbieten, über die obere Grenze 5 oder die untere Grenze 4 hinaus zu regeln. Die obere Grenze 5 verhindert beispielsweise einen Maschinentrip durch:

- drastische Massenstromreduzierung durch zu weites Schließen der verstellbaren Leitgitter 10 des Verdichters 3. Sobald der Betriebspunkt diese obere Grenze 5 erreicht hat, wird das verstellbare Leitgitter 10 des Verdichters 3 in Schließrichtung durch die Kontrolleinrichtung blockiert und - wenn nötig - von der Kontrolleinrichtung wieder minimal geöffnet bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind.
- drastische Druckerhöhung durch zu weites Schließen des verstellbaren Leitgitters 10 des Abgasexpanders 2. Sobald der Betriebspunkt die obere Grenze 5 erreicht hat, wird das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 in Schließrichtung durch die Kontrolleinrichtung blockiert und - wenn nötig - von der Kontrolleinrichtung wieder minimal geöffnet bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind.
- drastische Massenstromreduzierung durch zu starke Drehzahlabsenkung des Maschinenstranges. Sobald der Betriebspunkt die obere Grenze 5 erreicht hat, wird der Drehzahlregler des Abgasexpanders 2 durch die Kontrolleinrichtung nach unten blockiert und - wenn nötig - die Drehzahl von der Kontrolleinrichtung wieder minimal erhöht bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind.

Die untere Grenze 4 verhindert beispielsweise eine Prozessstörung durch:

- eine zu drastische Massenstromerhöhung durch zu weites Öffnen der verstellbaren Leitgitter 10 des Verdichters 3. Sobald der Betriebspunkt die untere Grenze 4 erreicht hat, wird das verstellbare Leitgitter 10 des Verdichters 3 in Öffnungsrichtung durch die Kontrolleinrichtung blockiert und von der Kontrolleinrichtung wieder minimal geschlossen bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind.
- eine zu drastische Druckabsenkung durch zu weites Öffnen der verstellbaren Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2. Sobald der Betriebspunkt die untere Grenze 4 erreicht hat, wird das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 in Öffnungsrichtung durch die Kontrolleinrichtung blockiert und - wenn nötig - von der Kontrolleinrichtung wieder minimal geschlossen bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind.
- eine zu drastische Massenstromerhöhung durch zu starke Drehzahlerhöhung des Maschinenstranges. Sobald der Betriebspunkt die untere Grenze 4 erreicht hat, wird der Drehzahlregler des Abgasexpanders 2 durch die Kontrolleinrichtung nach oben blockiert und - wenn nötig - die Drehzahl von der Kontrolleinrichtung wieder minimal gesenkt bis stabile Prozessbedingungen erreicht sind.

3 zeigt, wie die Kontrolleinrichtung die Bewegung der Betriebspunkte erkennt und entsprechend handelt, wenn die Salpetersäure-Anlage 1 automatisiert betrieben wird. Wenn der Betriebspunkt des Verdichters 3 die obere Grenze 5 kreuzt, wird ein Signal auf „L“ gesetzt. Wenn der Betriebspunkt des Verdichters 3 die untere Grenze 4 unterschreitet, wird das Signal auf „R“ zurückgesetzt. Entsprechend der Signale wird das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 bzw. des Verdichters 3 geöffnet oder geschlossen. Das verstellbare Leitgitter 10 des Verdichters 3 wird geöffnet, wenn der Arbeitspunkt auf die rechte Seite verschoben werden soll. Entsprechend wird das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 blockiert. Für eine Verschiebung des Betriebspunktes nach oben, wird das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 allmählich geschlossen, wohingegen das verstellbare Leitgitter 10 des Verdichters 3 blockiert wird. Für die entgegengesetzte Richtung werden die Schritte genau entgegensetzt durchgeführt, das heißt, dass das verstellbare Leitgitter 10 des Verdichters 3 allmählich geschlossen wird, wenn der Betriebspunkt auf die linke Seite verschoben werden soll. Das verstellbare Leitgitter 10 des Abgasexpanders 2 wird allmählich geöffnet, um den Betriebspunkt nach unten zu verschieben.
Bezugszeichenliste

(1): Salpetersäure-Anlage
(2): Abgasexpander
(3): Verdichter
(4): untere Grenze
(5): obere Grenze
(6): zweiter Verdichter
(7): Regelorgan
(8): Teil des Salpetersäureprozesses, unter anderem Reaktor zur Ammoniakoxidation
(9): Teil des Salpetersäureprozesses, unter anderem Absorption und Restgasreinigung
(10): Verstellbares Leitgitter

Claims

Verfahren zum Anfahren beziehungsweise zur Fahrt in ein Teillastgebiet einer Salpetersäure-Anlage (1), wobei mindestens ein Betriebspunkt in Abhängigkeit eines Prozessdrucks und eines Volumenstroms der Salpetersäure-Anlage angefahren wird, wobei mindestens ein Teil des Prozessdrucks über mindestens einen Abgasexpander (2) eingestellt wird, wobei mindestens ein Teil des Volumenstroms über mindestens einen Verdichter (3) eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, dass für zulässige Betriebspunkte eine untere Grenze (4) in Abhängigkeit einer ersten druckabhängigen Prozessgröße und einer zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße und eine obere Grenze (5) in Abhängigkeit der ersten druckabhängigen Prozessgröße und der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße festgelegt werden, und dass signalisiert wird, wenn bei der Einstellung der ersten Prozessgröße und/oder der zweiten Prozessgröße die untere Grenze (4) oder die obere Grenze (5) erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem zweiten Verdichter (6) in einem Teil des Prozesses der Salpetersäure-Anlage (1) ein zweites Druckniveau eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der durchflussabhängigen zweiten Prozessgröße über den mindestens einen Verdichter (3, 6) über Regelorgane eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße über den mindestens einen Abgasexpander (2) über Regelorgane (7) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite durchflussabhängige Prozessgröße teilweise über die Drehzahl des mindestens einen Verdichters (3, 6) eingestellt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Warnung ausgegeben wird, wenn bei der Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße und/oder der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße die untere Grenze (4) oder die obere Grenze (5) erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einstellbarkeit des mindestens einen Verdichters (3, 6) und/oder des mindestens einen Abgasexpanders (2) blockiert werden, wenn bei der Einstellung der ersten druckabhängigen Prozessgröße und/oder der zweiten durchflussabhängigen Prozessgröße eine zuvor definierte untere Annäherungsgrenze an die untere Grenze (4) oder eine zuvor definierte obere Annäherungsgrenze an die obere Grenze (5) erreicht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Anfahren stufenweise automatisiert durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Annäherungsgeschwindigkeit an die untere Grenze (4) und/oder die obere Grenze (5) überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten einer zuvor festgelegten ersten Annäherungsgeschwindigkeit die Einstellbarkeit des mindestens einen Verdichters (3, 6) und/oder des mindestens einen Abgasexpanders (2) blockiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Überschreiten einer zuvor festgelegten zweiten Annäherungsgeschwindigkeit der mindestens eine Verdichter (3, 6) und/oder der mindestens eine Abgasexpander (2) in die zur unteren Grenze (4) oder oberen Grenze (5) entgegensetzte Richtung geregelt wird.
Salpetersäure-Anlage (1) mit mindestens einem Verdichter (3) und mit mindestens einem Abgasexpander (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage (1) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.